基于RT8894A AMD AM4的Vcore power 解決方案

1.簡(jiǎn)介

VCORE穩壓器用于為臺式機，筆記本PC，服務(wù)器，工業(yè)PC等計算應用中的CPU內核和圖形（GPU）內核提供電源。這些電源的要求與標準POL穩壓器有很大不同：CPU和GPU軌具有極快的負載變化，需要高精度的動(dòng)態(tài)電壓定位，需要負載線(xiàn)，可以在幾種省電狀態(tài)之間切換，并提供各種參數感測和監視。這些系統利用CPU和穩壓器之間的串行總線(xiàn)接口，其中CPU將根據CPU負載和工作模式請求不同的電源工作條件。

由于CPU電源軌的電流水平很高，VCORE穩壓器通常由控制器和外部功率級組成。低功耗CPU可以使用單相降壓轉換器，但功能更強大的CPU將需要多相降壓轉換器。

CPU和穩壓器之間有幾條通信線(xiàn)：帶有時(shí)鐘和數據線(xiàn)的串行總線(xiàn)以及一條或兩條警告線(xiàn)，用于在調節器側通知CPU特定事件。

CPU可以通過(guò)串行總線(xiàn)通信將特定的命令發(fā)送到穩壓器，例如VCORE電壓更改或設置特定的電源狀態(tài)。CPU還可以向電壓調節器請求信息，例如實(shí)際電流消耗或功率級的熱運行狀況。

VCORE調節器的選擇標準之一是串行通信協(xié)議：AMD平臺的串行通信稱(chēng)為SVI或SVI2。

2. Vcor??e穩壓器的基本應用

VCORE穩壓器具有許多用戶(hù)可編程參數，可以根據CPU電壓和性能要求，保護級別以及微調穩壓器響應進(jìn)行設置。由于大量的參數和可編程值，因此使用多個(gè)電阻分壓器來(lái)設置這些參數。
每一相的準確電流感測是VCORE穩壓器的重要功能：需要向CPU報告總電流消耗，但也可用于維持各相之間的良好電流共享，用于閉環(huán)控制，設置負載線(xiàn)和過(guò)流保護?？梢酝ㄟ^(guò)靠近功率級組件放置的NTC監控熱狀況，CPU可以讀取熱狀況，或者當超過(guò)某個(gè)溫度時(shí)，調節器可以發(fā)出警報。

3. Vcor??e穩壓器設計方面

VCORE穩壓器的Buck控制器設計與常規Buck穩壓器有很大不同：這是因為VCORE電源必須滿(mǎn)足許多特殊要求：

運行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)電壓變化：動(dòng)態(tài)電壓識別（DVID）：

平均功耗和熱管理是VCORE設計的重要方面：為了在不消耗過(guò)多功率的情況下優(yōu)化系統性能，將根據操作條件動(dòng)態(tài)更改CPU電源電壓：在空閑模式下（CPU速度較低），CPU電源電壓會(huì )降低以降低功耗，但是當CPU活動(dòng)突然需要增加時(shí)， CPU供應迅速增加，以確保在計算密集型條件下穩定的CPU性能。VID調整非常動(dòng)態(tài)，轉換器必須能夠根據收到的VID命令以可調的擺率快速而精確地調整內核電壓。

省電模式：

根據操作條件，CPU可以將VCORE調節器設置為各種省電模式。所有相位一起運行以實(shí)現全部功率功能。來(lái)自CPU的PSI命令將僅使一個(gè)相處于活動(dòng)狀態(tài)，而禁用所有其他相以減少開(kāi)關(guān)損耗。輕載時(shí)，剩馀的活動(dòng)相位從強制PWM模式切換到二極管仿真模式（DEM），從而降低了開(kāi)關(guān)頻率，從而進(jìn)一步降低了開(kāi)關(guān)損耗。

4. 市場(chǎng)優(yōu)勢

4.1 具有嵌入式驅動(dòng)程序和外部驅動(dòng)程序的VCORE
許多Richtek VCORE降壓控制器都帶有內置MOSFET驅動(dòng)器的版本。嵌入式驅動(dòng)程序當然會(huì )減小應用程序的大小，并減少組件總數。但是外部驅動(dòng)器有時(shí)確實(shí)具有一些優(yōu)勢：當布局如此，使得降壓控制器和功率級之間存在一定距離時(shí)，最好選擇外部驅動(dòng)器。這樣可以避免必須在較長(cháng)的走線(xiàn)上布置MOSFET柵極驅動(dòng)信號，而這可能會(huì )使信號完整性惡化。

4.2 Richtek VCORE設計工具和評估套件

由于VCORE穩壓器的復雜性，外圍組件的設計可能會(huì )非常耗時(shí)。為了幫助設計人員并減少設計時(shí)間，立Rich針對每個(gè)VCORE穩壓器部件提供了基于Excel的設計工具。

設計工具將具有Parameter_Core輸入選項卡，可在其中輸入特定平臺和CPU導軌要求。然后，可以在Loop_Core選項卡中計算詳細的外部組件值，例如Ton設置，電流檢測網(wǎng)絡(luò )，負載線(xiàn)，EA補償，SETx引腳偏置，熱補償和保護。對于A(yíng)PU調節器，CORE和GFX部分將有單獨的選項卡。

提供評估板，其布局與實(shí)際CPU插槽相匹配。Richtek VCORE解決方案已經(jīng)過(guò)全面測試，可以滿(mǎn)足Intel或AMD測試計劃的要求。強烈建議選擇評估板中輸出電容器和電感器的關(guān)鍵組件選擇，因為它們對于滿(mǎn)足VCORE電源軌要求至關(guān)重要。

?場(chǎng)景應用圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?RT8894 Pinout

?核心技術(shù)優(yōu)勢

1. 立锜專(zhuān)利的 CPU 電源解決方案，即綠能原生適應性電壓定位 (G-NAVP?) 控制架構。

G-NAVP? 控制架構具有快速響應、高效率的特色，而且幾乎可滿(mǎn)足所有 CPU 電源規格的要求，所以目前 G-NAVP? 控制架構是已被廣泛采用的CPU電源解決方案。

VR是采用電壓模式控制的交插式多相位同步降壓轉換器。不過(guò)，現今 VR面臨了更嚴苛的挑戰，不僅需要高電流，還有嚴格的瞬態(tài)響應要求。

為了使系統能有更快速的響應，并且也減少尺寸和成本，立锜提出了 G-NAVP? 架構的多相位 VR。

2. G-NAVP? 架構之簡(jiǎn)介

G-NAVP? 架構是一種具有電流斜坡和AVP功能的漣波型固定導通時(shí)間的控制架構。固定導通時(shí)間控制的特點(diǎn)是在保持重載的高效率時(shí)，也提高輕載的效率，以滿(mǎn)足越來(lái)越嚴格的輕載效率規格。

增強的輕載效率能提高手機產(chǎn)品的使用時(shí)間，這對消費使用者是非常重要的特點(diǎn)。

AVP功能則是為了節省能源和 BOM 成本，而這也是由CPU芯片制造商，如英特爾和AMD，所規定的功能。

G-NAVP? 是“綠能原生適應性電壓定位”的縮寫(xiě)。G-NAVP?架構提供了許多值得注意的特點(diǎn)：

   對所有VR 之AVP的要求，很容易設定其負載線(xiàn)(下垂)

   快速的瞬態(tài)響應，從而降低了輸出電容值和成本

   輕載時(shí)的高效率

   對所有VR 之DC的要求，都有高輸出電壓準確度

   對所有VR 之漣波的要求，都能使用固定電流漣波

隨著(zhù)行動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)的增長(cháng)，電池有限的使用時(shí)間和散熱等因素使得電源效率的問(wèn)題愈來(lái)愈被重視；立锜所提供的G-NAVP? 架構則能兼顧性能和效率的要求，非常符合消費者的需要。

G-NAVP? 架構采用的是有電流斜坡和AVP功能的漣波型固定導通時(shí)間控制法。

固定導通時(shí)間控制具有快速響應和高效率的特點(diǎn)、AVP 能節省 BOM 的成本、偏移取消

電路和斜坡補償則能提高DC的精確度和抗雜訊能力。

結合上述功能，以 G-NAVP? 為控制架構的VR控制器能提供絕佳的性能，且可滿(mǎn)足大多數英特爾和AMD 之 VR 電源規格。

3. 立锜快速回應 (QR) 技術(shù)提升動(dòng)態(tài)負載調整能力：

CPU和GPU的運行具有極大的動(dòng)態(tài)范圍，它們在我們流覽一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)頁(yè)面時(shí)通常只需做很少一點(diǎn)事情，但要打開(kāi)一個(gè)大型的Excel檔或是播

?方案規格

* 雙道輸出:

     ?4/3/2/1相 VDD

     ?2/1/0相 VDDNB

   *用于VDD VR的整合3個(gè)MOSFET驅動(dòng)器

   *功率階段輸入用于VDD VR電壓范圍高達20V

   *G-NAVP?架構

   *支援動(dòng)態(tài)負載線(xiàn)和零負載線(xiàn)

   *支援輕載條件下的二極體模擬模式

   *使用 SVI2 界面以支援 AMD 電源管理協(xié)定

   *內建 ADC 以支援 VOUT 和 IOUT 報告機制

   *及時(shí)的過(guò)壓、欠壓和負壓保護及欠壓鎖定保護

   *可程式設計的雙重過(guò)流保護機制

   *準確電流平衡

   *快速瞬態(tài)回應

   *動(dòng)態(tài)相高低控制

   *可程式設計的功率級距控制

   *VDD VR 電源準備好指示

   *VDD 和 VDDNB VR熱監控

   *56引腳 WQFN 封裝

   *符合 RoHS 規范，不含鹵素